II. FABRICACI�N DE LAS PARTES: DEL ADN A LAS PROTE�NAS

COMO vimos anteriormente, la escalera que forma a la mol�cula del ADN puede abrirse longitudinalmente al separarse las mitades de los escalones temporalmente por rompimiento de los puentes de hidr�geno que mantienen unidas a las bases complementarias. Cada mitad de escal�n, desconectada, puede entonces asociarse a una contraparte provisional, formando as� un nuevo par de bases. La cadena de bases sintetizada sobre el molde del ADN es necesariamente complementaria al segmento abierto de la escalera. A medida que la mol�cula del ADN se abre y la informaci�n se transmite, se va formando una nueva mol�cula complementaria. La cadena sintetizada ser� de ADN cuando el ADN se duplica, mientras que cuando la informaci�n del ADN se pasa a una mol�cula de �cido ribonucleico (ARN) decimos que el c�digo ha sido transcrito.

S�NTESIS DE LOS ARNs: FABRICACI�N DE MOL�CULAS INTERMEDIARIAS

Los ARNs fueron hallados primeramente en las c�lulas formando las estructuras llamadas ribosomas que participan en la s�ntesis de prote�nas. A�os despu�s se descubrieron los ARNs de transferencia (ARNt) y los ARNs mensajeros (ARNm). En los �ltimos a�os se ha identificado un gran n�mero de ARNs peque�os dentro del n�cleo de las c�lulas (ARNsn). A diferencia del ADN, cada mol�cula del ARN est� formada por una sola cadena de bases, esto es, como si fuera s�lo media escalera y por lo tanto no tiene estructura de doble h�lice. Tres de las bases son id�nticas a las del ADN (A, G, C,), y el uracilo (U) sustituye a la timina apare�ndose perfectamente con la adenina. Las bases en las mol�culas de los ARNs contienen adem�s un az�car diferente al que se encuentra en el ADN. Los nucle�tidos se asocian al az�car llamado ribosa, mientras que en el ADN se asocian a la desoxirribosa, cuyas uniones entre los �tomos de carbono son mas estables. Por esta caracter�stica los ARNs son m�s l�biles, es decir, se rompen con facilidad. Los diferentes tipos de ARNs var�an de tama�o. Hay ARNs muy grandes, como los ribosomales, que pueden tener miles de nucle�tidos y ARNs peque�os con solamente 25-30 nucle�tidos. Cada uno de ellos tiene una funci�n diferente en las c�lulas, aunque todas ellas est�n relacionadas con la transmisi�n de la informaci�n gen�tica. Participan en la edici�n de los mensajes, ya sea que ellos mismos lleven el mensaje, o se encarguen de dirigir el ensamblaje de las prote�nas seleccionando a los componentes de �stas y llev�ndolos a la l�nea de ensamble. Tenemos as� que las mol�culas de ARN mensajero (Figura II.1) llevan las instrucciones del ADN a ribosomas que son la l�nea de ensamble. Ah�, el mensaje se descifra para. tener las instrucciones y acomodar las partes que forman urna prote�na espec�fica. En este nivel se requiere la ayuda de los" ARN de transferencia (Figura. II.2), cuyo papel es llevar los aminoacidos, que son los componentes de una prote�na, al sitio de ensamble.

Figura II.1. Estructura del ARN mensajero.

Figura II.2. Asas y regiones de doble cadena en los ARN de transferencia (ARNt). La regi�n variable en los diferentes ARNt corresponde al anticod�n, donde se une al cod�n correspondiente en el ARN mensajero. El extremo 3� es al que se unen los amino�cidos.

Los ribosomas mismos est�n constituidos por ARN ribosomales (Figura II.3). Cada ribosoma est� formado por tres mol�culas de ARN, que en este caso tienen un papel estructural. Los ARNs que son de tama�o muy peque�o (ARNsn) tienen una participaci�n importante en la edici�n de los mensajes, es decir, participan en la modificaci�n del ADN mensajero, para asegurar que cuando �ste llegue a los ribosomas lleve un mensaje correcto.

Figura III.3. El complejo arreglo de asas y regiones de doble cadena que muestran las ARN ribosomales en procariontes (16S) y en eucariontes (18S). Se nota una cierta similitud estructural entre los ARN, la cual se mantiene en toda la escala evolutiva.

El tener un material primario o precursor que puede ser arreglado en diferentes formas por corte y reuni�n de fragmentos de las mol�culas de ARN, ofrece un gran n�mero de posibilidades para hacer: 1) diferentes mensajes a partir de una informaci�n limitada, y 2) correcci�n de errores que no se hubieran detectado en la transcripci�n primaria. Por otro lado, al estudiarse estos procesos qued� claro para los investigadores que estas modificaciones de los ARNs, que implican actividades enzim�ticas inherentes a las mismas mol�culas, podr�an explicar c�mo se origin� la clave de la informaci�n gen�tica y los mecanismos para preservarla y transmitirla. Si consideramos al ARN como el primer biopol�mero, o sea, la primera macromol�cula biol�gica que se form� en la tierra primitiva, sus caracter�sticas de enzima le habr�an permitido romper y reunir diferentes fragmentos de s� misma, proceso llamado autocat�lisis, hasta formar fragmentos con informaci�n coherente y por lo tanto utilizable. Una vez formados los fragmentos podr�an dar instrucciones para fabricar prote�nas. M�s tarde, a partir de estos mismos ARNs, se originar�an mol�culas del ADN, ya que las bases de los dos tipos de mol�culas son siempre complementarias. Este paso habr�a requerido de la reacci�n inversa a la reacci�n conocida como transcripci�n y de la cual ya hemos hablado. De hecho se ha probado que se presenta esta reacci�n y es mediada por la enzima transcriptasa reversa, que ya ha sido identificada por varios investigadores en todas las c�lulas. El ADN como tal, por sus caracter�sticas de estabilidad y capacidad de autorreplicaci�n, ser�a seleccionado como el almac�n de la informaci�n gen�tica primeramente organizada al azar por las mol�culas primitivas de ARN. Desde ese momento el flujo de informaci�n ser�a de ADN a ARN y se origina la fabricaci�n de prote�nas.

La transcripci�n del ADN para formar una mol�cula de ARN se hace por las enzimas llamadas polimerasas del ARN, que incorporan ribonucle�tidos en una cadena leyendo siempre la informaci�n que est� en el ADN en la direcci�n 3�-5� (Figura II.4). Las diferentes polimerasas se encargan de sintetizar los distintos tipos de ARNs por un mecanismo id�ntico. Cada polimerasa empieza a leer un mensaje en el ADN cuando encuentra una se�al que le indica d�nde y qu� tan r�pido debe leerlo. Esta se�al puede ser una secuencia especial de bases o la presencia de prote�nas reguladoras en el sitio en donde se inicia la lectura. Una vez iniciada la lectura la polimerasa contin�a incorporando ribonucle�tidos a la cadena nueva hasta que se encuentra una se�al en el ADN que le indica que ah� acaba la lectura de ese mensaje. Este mensaje o transcrito primario se desprende del ADN y de la polimerasa, y queda libre para ser modificado o llevado directamente a los ribosomas. El ADN puede volver a cerrar sus medios escalones en la regi�n de la mol�cula que fue transcrita.

Si el transcrito tiene informaci�n para hacer prote�nas es un precursor de ARN mensajero. El transcrito puede ser tambi�n precursor de ARNs ribosomales, de ARNs de transferencia o de ARNs peque�os.

Figura II.4. Esquema de la transcripci�n: A) Llegada de la ARN- polimerasa a su promotor; B) desdoblamiento de la doble h�lice para que se inicie la s�ntesis de ARN; C) iniciaci�n de la s�ntesis de ARN; D) alargamiento del ARN a medida que se desplaza la polimerasa; E) el ARN transcrito se desprende ya completo, al igual que la polimerasa.

El primer nivel de control de la traducci�n de un mensaje viene desde la modificaci�n adecuada del mensaje que va a salir del n�cleo a trav�s del proceso de edici�n, en un segundo paso ese mensaje se traducir� siempre y cuando tenga las caracter�sticas esenciales. Por ejemplo, para el primer nivel un ARNm se puede transcribir en todas las c�lulas de un organismo; sin embargo, s�lo es editado adecuadamente en algunas de ellas, permitiendo que la prote�na correspondiente se sintetice solamente en algunas c�lulas. Para el segundo nivel de control se puede usar como ejemplo la presencia y longitud de una secuencia localizada en el extremo 3� de la mayor�a de los ARNm, como se ve en la figura II.1. Esta secuencia de alrededor de 200 bases est� formada exclusivamente de adeninas, por lo que se le conoce como el extremo poli A. La longitud de este poli A determina la velocidad y frecuencia de traducci�n de un ARNm, de modo que ARNs mensajeros con un poli A muy peque�o ya no se asocian con ribosomas para sintetizar prote�nas, de donde se ha propuesto que la c�lula no utiliza mensajeros viejos que podr�an estar alterados o da�ados.

El precursor de un ARNm tiene adem�s bloqueado su extremo 5� por una guanina que se coloca en posici�n invertida en la cadena de ribonucle�tidos, formando un tap�n (Figura II.5), por lo cual no puede ser desprendida por las enzimas que romper�an, un enlace fosfodi�ster t�pico. Este bloqueo se conserva para proteger a la mol�cula de ARNm durante el proceso de edici�n, al igual que la secuencia poli A mencionada anteriormente. Otras secuencias que se conservan en el ARNm modificado, esto es, aquellas que codifican a la prote�na respectiva, se llaman exones. Las secuencias que se eliminan durante la modificaci�n se llaman intrones.

Figura II.5. Bases metiladas en el tap�n o casquete del extremo 5�de los ARN mensajeros.

Un transcrito primario puede entonces tener varios exones y varios intrones. Por ejemplo; el gen de ovalbumina, una prote�na formada por aproximadaniente 4 300 amino�cidos, contiene las secuencias de siete intrones que se transcriben al ARNm y se eliminan cuando el ARNm se modifica. El ARNm que se encuentra en los ribosomas s�lo tiene las secuencias que codifican 4 300 amino�cidos que forman la prote�na. Se ha especulado que los intrones, al no tener un mensaje, son los sitios en que pueden introducirse; alteraciones (en donde la frecuencia de mutaci�n es muy alta) y aun preservar sin cambio aquellas secuencias que tienen mensajes que no pueden alterarse para el funcionamiento normal de las c�lulas. La modificaci�n de los ARNm por remoci�n de intrones se conoce como splicing que en espa�ol corresponder�a a edici�n (Figura II.6). En este proceso participan los ARNsn formando part�culas ribonucleo-proteicas sobre las que se hace la edici�n. La edici�n del mensaje se hace eliminando partes que no se necesitar�n para entender las instrucciones y construir una determinada pieza o prote�na o reuniendo fragmentos de mensajes provenientes de diferentes regiones del ADN y que al unirse adquieren sentido. Este �ltimo proceso de edici�n seria el equivalente a formar un p�rrafo recortando y pegando palabras de varios art�culos diferentes de una revista. Los ARNs ribosomales y los ARNs de transferencia se sintetizan tambi�n de precursores que se transcriben de regiones especiales del ADN utilizando polimerasas que reconocen las se�ales espec�ficas para que estas mol�culasfpuedan sintetizarse. Se transcriben como precursores y deben ser modificados mediante edici�n de los transcritos primarios para que puedan convertirse en mol�culas funcionales. Estos ARNs as� como los ARNs peque�os no tienen informaci�n para hacer prote�nas y participan en los diferentes mecanismos que resultan en la transcripci�n de la informaci�n de un gen y en la s�ntesis de las prote�nas.

Figura II.6. Proceso de edici�n (splicing) de un ARN mensajero snrp = part�culas ribonucleoproteicas. Los n�meros 1 a 6 se refieren a diferentes tipos de part�culas: A) mensajero que se va a editar; B) eliminaci�n del intr�n; C) formaci�n de la estructura de lazada (lariat); D) mensajero editado.

PRODUCCI�N DE LAS PARTES: S�NTESIS DE PROTE�NAS

Las prote�nas corresponden a las partes de las diferentes maquinarias celulares que ejecutan las instrucciones almacenadas en el ADN. Las instrucciones no se limitan a c�mo unir a los amino�cidos sino que tambi�n indican cu�ndo se traduce el mensaje del cual se construye una prote�na y el orden en que �sta debe construirse. Las instrucciones tambi�n permiten que se puedan hacer muchas copias de una prote�na cuando as� se requiera. Cada secuencia de tres nucle�tidos en un ARNm forma un cod�n, es decir, la unidad m�nima en la clave que, al descifrarse, indica qu� amino�cido se selecciona para ponerlo en la l�nea de ensamble. Un ARNm debe ser por lo tanto tres veces m�s largo en nucle�tidos que la prote�na que codifica.

Cuando un ARNm especifica su informaci�n se dice que esta siendo traducido, pues �se es el momento en que la informaci�n contenida originalmente en el ADN se interpreta y se puede sintetizar una prote�na. Los ARNs de transferencia son los encargados de seleccionar cada uno de los amino�cidos, lo reconoce y se une a �l a trav�s de su extremo 5�. Los ARNt cargados llegan a los ribosomas, en donde el ARNm est� siendo traducido y translocan al ribosoma el amino�cido necesario para que la prote�na se vaya formando. Cada mol�cula de ARNt se une solamente a un tipo de los 20 amino�cidos que se encuentran en el citoplasma de las c�lulas y de cuya combinaci�n resultan las prote�nas. En el extremo opuesto, en donde se une el amino�cido a la mol�cula de ARNt, hay una estructura en forma de asa y en ella est� la secuencia de tres bases llamada anticod�n, la cual encaja perfectamente con el cod�n del ARNm ya que le es complementaria (figura II.3) Al engancharse estas secuencias se asegura que el amino�cido seleccionado se incorpore en el orden preciso en la secuencia de la prote�na que se est� sintetizando. Todo este ensamble coordinado entre codones, anticodones y formaci�n de enlaces qu�micos entre amino�cidos para fabricar una prote�na se lleva a cabo sobre los ribosomas (Figura II.7). Las dos part�culas de ribosomas contienen mol�culas de ARN combinadas con prote�nas. El ARNr de mayor tama�o (llamado de 26 ó 28S) y uno llamado 5S forman la part�cula m�s grande y el de menor tama�o (16 ó 18S) forma la part�cula peque�a. El arreglo estructural de los ribosomas permite que sobre ellos se acomoden todos los elementos que participan en la construcci�n de una prote�na. En esta compleja l�nea de ensamble existen tambi�n diferentes enzimas y factores que inician y terminan la traducci�n del mensaje, permiten formar la uni�n entre los amino�cidos y desprender a la prote�na completamente terminada. Un mensaje puede ser usado muchas veces si la c�lula requiere de una gran cantidad de una prote�na determinada o puede ser descartado si s�lo requiere que se traduzca una sola vez. Estos pasos son controlados por las necesidades de producci�n de las c�lulas y de acuerdo con programas bien establecidos, lo que lleva al buen funcionamiento de un organismo. Las prote�nas constituyen m�s de la mitad del peso seco de una c�lula, tienen gran diversidad de tama�os, arreglos tridimensionales y muy variadas funciones. En el humano hay m�s de 100 000 prote�nas diferentes. Algunas son enzimas o catalizadores de reacciones qu�micas dentro de las c�lulas, otras tienen actividad l�tica para destruir blancos espec�ficos y componentes extra�os a la c�lula, y otras m�s forman diversas estructuras celulares. Los amino�cidos que las forman (20 diferentes) son mol�culas con una estructura b�sica com�n, formada por un carbono denominado alfa, al que se une un grupo carboxilo (COOH), un grupo amino (NH₂) y un residuo de varios carbonos y otros �tomos que le dan a cada amino�cido su propia personalidad qu�mica y carga el�ctrica.

Figura II.7. Traducci�n de un ARN mensajero y s�ntesis de la prote�na para la cual lleva la informaci�n.

De esta manera se producen amino�cidos b�sicos, �cidos y neutros, cuya combinaci�n, al fabricarse una prote�na, tambi�n le confiere a �sta caracter�sticas qu�micas propias. La posibilidad de combinar varios amino�cidos permite tambi�n gran versatilidad en la fabricaci�n de prote�nas y por consiguiente en las funciones que desempe�an. Los diferentes amino�cidos se unen entre s� origin�ndose un enlace pept�dico que se forma entre el grupo carboxilo de un amino�cido y el grupo amino del amino�cido que se inserta en la cadena. Una cadena o polip�ptido formado de varios amino�cidos tiene entonces un extremo amino terminal y un extremo carboxilo terminal (Figura II.8). De la secuencia en que se ordenan los aminoacidos o la estructura primaria de la prote�na depender� la estructura de �sta a niveles secundarios. Por ejemplo, las interacciones entre ciertos amino�cidos pueden formar puentes de hidr�geno o puentes disulfuro y dar origen a regiones en la proteína con forma de espiral o de hojas planas. Las combinaciones que se dan en estas regiones constituyen lo que se denomina un dominio. Una prote�na peque�a tiene por lo general un dominio, una grande tendr� varios. Algunas prote�nas est�n constituidas por la asociaci�n de varios polip�ptidos id�nticos, otras est�n formadas por polip�ptidos que pueden tener diferente secuencia de amino�cidos y distinto tama�o. Las prote�nas tienen que sintetizarse con mucha precisi�n, ya que un solo cambio en un amino�cido es suficiente para alterar su estructura y funci�n, a veces con resultados fatales. Por ejemplo, en la prote�na hemoglobina, componente principal de los gl�bulos rojos de la sangre, el cambio de glut�mico por valina es suficiente para que esta prote�na funcione inadecuadamente y se produzca en el organismo el padecimiento llamado anemia falciforme.

Figura II.8. Formaci�n de la uni�n pept�dica entre amino�cidos para formar un polip�ptido o prote�na. Algunas prote�nas est�n formadas por varios polip�ptidos que una vez sintetizados interaccionan entre s� a trav�s de enlaces diversos. Las prote�nas formadas por un solo polip�ptido se llaman monom�ricas, a diferencia de las que tienen dos, que son dim�ricas, tres las trim�ricas, etc., hasta polim�ricas.

En el caso que nos interesa en este libro, que es el de las prote�nas que participan en movimiento, �stas se encuentran en el citoplasma de las c�lulas formando la matriz fibrosa que constituye el citoesqueleto. Este nombre se deriva de las caracter�sticas estructurales de sus elementos que dan un soporte r�gido alrededor del cual se organiza el resto del citoplasma y del cual depende tambi�n la forma que adopta la c�lula y los movimientos que puede realizar. Las primeras observaciones del citoesqueleto en el citoplasma se hicieron desde el siglo XIX. Hay descripciones detalladas de estructuras fibrosas en neuronas, realizadas por Sigmund Freud y Santiago Ram�n y Cajal.

Este �ltimo, usando t�cnicas de tinci�n de plata, pudo describir una matriz organizada en c�lulas de glia. No fue sino hasta los a�os cincuenta y sesenta que el uso del microscopio electr�nico y del glutaraldeh�do, como fijador de c�lulas, permitieron la identificaci�n de estructuras individuales y morfol�gicamente distintas dentro de la matriz citopl�smica. Sin embargo, la verdadera y diversa identidad proteica de los componentes del citoesqueleto se pudo establecer a�os m�s tarde, utilizando metodolog�a bioqu�mica e inmunol�gica. Analizaremos los componentes proteicos m�s abundantes del citoesqueleto:

Actina. �sta es una prote�na globular con un peso molecular de 42 700 daltones, es decir, que tiene aproximadamente 427 amino�cidos formando una cadena lineal o polip�ptido. Su nombre deriva del griego y significa rayo. Es una prote�na ac�dica, pues contiene un elevado porcentaje de amino�cidos �cidos y una carga el�ctrica negativa. Tiene una mol�cula de Ca²⁺ asociada que utiliza la conformaci�n globular y una mol�cula de ATP, cuyo fosfato terminal se hidroliza cuando varias mol�culas se asocian y polimerizan para formar la actina filamentosa. Al enredarse dos de estos filamentos se forma un microfilamento de actina que; se ve al microscopio electr�nico como una fibrilla de 7- 9nm en el citoplasma de las c�lulas (Figura II.9).

Figura II.9. Estructura de un mon�mero de actina con sus sitios de uni�n a Ca²⁺ y ATP (A) y de un pol�mero o microfilamento de actina (B) formado de muchos mon�meros ensamblados en una doble espiral.

Hay varias formas de la actina en los diferentes tipos de c�lulas de un organismo y en ocasiones dentro de una misma c�lula. Las diferencias se deben principalmente a sustituciones de uno o varios amino�cidos que no alteran las propiedades funcionales de la prote�na. As� tenemos que la actina alfa es caracter�stica del m�sculo esquel�tico, mientras que las formas beta y gamma existen en m�sculo liso y estriado y en c�lulas no musculares. Esto significa que en un mismo organismo pueden existir diferentes isoformas de la actina, lo que llev� a considerar que debe haber genes diferentes para codificar a las diferentes actinas. Se ha encontrado que ciertamente existen en una c�lula varias copias de los genes de la actina, algunas de las cuales se expresan solamente en un tipo celular, por lo que ciertas c�lulas s�lo fabrican una isoforma de esta prote�na —como ser�a el caso del m�sculo esquel�tico—, aunque tienen la informaci�n para hacerlas todas. Algunas veces, como en el actinomiceto Dictyostelium discoideum, se expresa una sola forma de la actina, aunque hay 17 copias del gen de �sta.

Una gran variedad de prote�nas se asocia a la actina y gobierna de diferentes formas la configuraci�n y funci�n de la prote�na y de los microfilamentos. Algunas de estas prote�nas regulan, por ejemplo, la viscosidad de la actina purificada formando puentes entre los filamentos, otras forman haces de �stos, provocando rigidez en filamentos en paralelo, algunas forman conexiones a distancia entre las fibras aisladas, y otras mas se unen a filamentos aislados y regulan su polimerizaci�n rompiendo el filamento o estabiliz�ndolo. Entre estas prote�nas asociadas a la actina se puede citar a la gelsolina, la tropomiosina, la severina, la fimbrina, la vellosina, etc. y, desde luego, la miosina, que junto con la actina puede convertir la energ�a qu�mica del ATP en movimiento contr�ctil en muchos tipos de c�lulas. Hace tiempo se pensaba que la actina y la miosina eran prote�nas exclusivas de las c�lulas musculares. Ahora se sabe que tambi�n son prote�nas estructurales en las c�lulas no musculares.

Miosina. Es una prote�na de gran tama�o. Su nombre se deriva de la voz m�sculo ya que es en los tejidos musculares donde se encuentra en gran abundancia. La etimolog�a de m�sculo proviene del griego mus (rat�n), al parecer porque los m�dicos hipocr�ticos encontraron una analog�a entre estos roedores y las masas de carne que parecen deslizarse r�pidamente por debajo de la piel. La miosina existe en varias formas. La miosina I tiene una cadena de amino�cidos llamada pesada, porque est� formada por 1 200 a 1 400 amino�cidos y una o dos cadenas ligeras con 130 a 150 amino�cidos. Este tipo de miosinas se encuentra en c�lulas no musculares. La miosina II forma los filamentos gruesos en los sarc�meros de los m�sculos y tambi�n se encuentra en c�lulas no musculares que requieren la contracci�n de las estructuras formadas por la actina, como puede ser el anillo de constricci�n en una c�lula en divisi�n (Figura II.10). Est� formada por una combinaci�n de seis polip�ptidos, dos con cadenas de 2 000 amino�cidos y dos pares de cadenas ligeras formadas por 160 a 200 amino�cidos. Por su gran tama�o esta mol�cula es soluble solamente a altas concentraciones de sal. Cuando se agregan estos seis polip�tidos forman fibras con extremos globulares o cabezas en donde se acomodan las cadenas ligeras. La combinaci�n de varias de estas fibras produce un filamento grueso que, visto en el microscopio electr�nico, tiene un di�metro de aproximadamente 30 nm. A diferencia de la actina, las miosinas var�an mucho en su evoluci�n, pero la secuencia de amino�cidos, aunque algo similar, s� es diferente en los distintos tipos de c�lulas. Hay varios genes para las diferentes miosinas y, como en el caso de la actina, no todos se expresan en las mismas c�lulas. H. Huxley encontr� que la parte de la mol�cula de miosina que interacciona con la actina se puede desprender del resto de la mol�cula, y ya separada puede seguir interaccionando con los filamentos de actina para formar complejos que, observados al microscopio electr�nico, tienen la apariencia de puntas de flecha. Esta metodolog�a fue utilizada en c�lulas no musculares por H. Ishikawa y sus colaboradores en la Universidad de Pensilvania, quienes demostraron que los fragmentos de miosina se un�an a estructuras espec�ficas en las c�lulas que correspond�an en apariencia a los microfilamentos observados por varios microscopistas en los sarc�meros del m�sculo. Esta uni�n es completamente espec�fica para la actina, lo que permiti� no s�lo observar en una c�lula no muscular a los filamentos de la actina, sino distinguirlos de otros tipos de estructuras fibrosas en el citoplasma. La interacci�n de la actina con la miosina y otras prote�nas regula en las c�lulas no musculares los movimientos como la citocinesis y la locomoci�n, migraci�n de part�culas y organillos, contracci�n de vacuolas y cambios de forma.

Figura II.10. Diagrama de las moleculas de miosina II (A) y I (B) en el que se muestra la cabeza globular asociada a las cadenas ligeras.

Tubulina. Esta prote�na es tambi�n mayoritaria en el citoesqueleto de las c�lulas. Est� organizada como un d�mero con un peso molecular de 115 000 daltones, en el que participan las prote�nas llamadas tubulina alfa y tubulina beta en la misma proporci�n (Figura II.11). Cada una de estas prote�nas est� formada por aproximadamente 550 amino�cidos, con una buena proporci�n de residuos ac�dicos, por lo que tambi�n son prote�nas ac�dicas. Los dos tipos de tubulina, aunque son similares, no son id�nticos y de hecho se transcriben de genes diferentes. La tubulina alfa puede tambi�n estar acetilada, es decir; tener un grupo acetilo unido a uno de sus amino�cidos. La acetilaci�n ocurre una vez que la prote�na se desprende de los ribosomas. Esta tubulina se comporta en forma diferente y se asocia en forma particular a estructuras celulares como los flagelos. Se ha encontrado tambi�n tubulina destirosinada, y esto significa que la tubulina perdi� el amino�cido tirosina de su extremo amino terminal, y en esta forma se le asocia al aparato de Golgi. Las tubulinas son, como la actina, prote�nas conservadas, por lo que su secuencia de amino�cidos no var�a mucho en diferentes c�lulas, sean animales o vegetales, y de hecho, si se observan al microscopio los microt�bulos aislados y las estructuras formadas por microt�bulos, se encuentra siempre la misma organizaci�n b�sica.

Figura II.11. A) estructura del heterod�mero de tubulina con sus sitios de uni�n a GTP y a colchicina; B) microt�bulo formado por la polimeraci�n de los heterod�meros. Un microt�bulo en corte transversal muestra 13 unidades alrededor de la luz.

Los microt�bulos se ensamblan por la polimerizaci�n de los d�meros de tubulina dejando un espacio central o luz de 10 nm de di�metro, de manera que al cortar transversalmente un microt�bulo se observan 13 unidades estructurales alrededor de la luz, correspondientes a los d�meros ordenados para formar el tubo. Recientemente se ha identificado una tubulina gamma que se encuentra asociada a los centr�meros de los cromosomas. Hay prote�nas asociadas a la tubulina y su papel es facilitar la polimerizaci�n de la prote�na en microt�bulos. Estas prote�nas forman grupos llamados MAPS y TAU.

Prote�nas de filamentos intermedios. Las prote�nas que forman los filamentos intermedios constituyen el grupo m�s diverso de prote�nas del citoesqueleto; tienen diferentes propiedades bioqu�micas y diferentes tama�os, y contienen desde 400 hasta 2 000 amino�cidos aunque son codificadas por una familia de genes similares que se expresan diferencialmente en distintos tipos de c�lulas o en diferentes estadios funcionales. Reciben diferentes nombres, seg�n el tipo de c�lula de donde se han aislado. Hay por lo menos 20 subtipos de queratinas que se han identificado en epitelios, desmina en el m�sculo, filamentos gliales en c�lulas glia, neurofilamentos en muchos tipos de neurona y vimentina en c�lulas de origen mesenquimatoso. La prote�na l�mina que forma la membrana de los n�cleos es un miembro de esta familia. Todas estas mol�culas tienen una regi�n central de longitud constante en la que de 30 a 70% de los amino�cidos son id�nticos (Figura II.12). A trav�s de esta regi�n se hace la uni�n de varias mol�culas para formar el arreglo que finalmente constituye un filamento intermedio. Estos filamentos son muy estables, por lo que estas prote�nas, a diferencia de las ya mencionadas, no se polimerizan y despolimerizan continuamente. Es frecuente encontrar fosforiladas a las prote�nas de filamentos intermedios, modificaci�n que es reversible y llevada a cabo por cinasas espec�ficas que responden a se�ales celulares relacionadas con niveles i�nicos en el citoplasma o con fen�menos membranales. Se conocen por lo menos dos tipos de prote�nas asociadas a filamentos intermedios: filagrina y sinemina. No obstante, su funci�n espec�fica es poco clara. En algunas enfermedades, como la de Alzheimer, se ha demostrado que las prote�nas de los filamentos intermedios est�n alteradas, por lo que muchos investigadores estudian estas prote�nas tratando de establecer una correlaci�n entre esta enfermedad y la alteraci�n de los filamentos intermedios.

Figura II.12. Interacci�n de los d�meros de prote�nas de filamentos intermedios (A) para formar los tetr�meros (B) que al polimerizar forman la unidad estructural de los filamentos intermedios (C).